1. YOUNG FREEDMANSEARS ZEMANSKY Fsicauniversitaria Volumen 1
Decimosegunda edicin
2. FACTORES DE CONVERSIN DE UNIDADESLongitud Aceleracin1 m 5
100 cm 5 1000 mm 5 106 mm 5 109 nm 1 m/s2 5 100 cm/s2 5 3.281
ft/s21 km 5 1000 m 5 0.6214 mi1 cm/s2 5 0.01 m/s2 5 0.03281 ft/s21
m 5 3.281 ft 5 39.37 in1 ft/s2 5 0.3048 m/s2 5 30.48 cm/s21 cm 5
0.3937 in 1 mi/h # s 5 1.467 ft/s21 in. 5 2.540 cm1 ft 5 30.48 cm1
yd 5 91.44 cmMasa1 mi 5 5280 ft 5 1.609 km1 kg 5 103 g 5 0.0685
slug1 5 10210 m 5 1028 cm 5 1021 nm1 g 5 6.85 3 1025 slug1 milla
nutica 5 6080 ft1 slug 5 14.59 kg1 ao luz 5 9.461 3 1015 m 1 u 5
1.661 3 10227 kg 1 kg tiene un peso de 2.205 lb cuando g 5 9.80
m>s2rea1 cm2 5 0.155 in2Fuerza1 m2 5 104 cm2 5 10.76 ft2 1 N 5
105 dinas 5 0.2248 lb1 in2 5 6.452 cm21 lb 5 4.448 N 5 4.448 3 105
dinas1 ft 5 144 in2 5 0.0929 m2 Presin 1 Pa 5 1 N/m2 5 1.450 3
1024lb/in2 5 0.209 lb/ft2Volumen 1 bar 5 105 Pa1 litro 5 1000 cm3 5
1023 m3 5 0.03531 ft3 5 61.02 in3 1 lb/in2 5 6895 Pa1 ft3 5 0.02832
m3 5 28.32 litros 5 7.477 galones 1 lb/ft2 5 47.88 Pa1 galn 5 3.788
litros 1 atm 5 1.013 3 105 Pa 5 1.013 bar5 14.7 lb/in2 5 2117
lb/ft2 1 mm Hg 5 1 torr 5 133.3 PaTiempo1 min 5 60 s1 h 5 3600 s
Energa1 d 5 86,400 s 1 J 5 107ergs 5 0.239 cal1 ao 5 365.24 d 5
3.156 3 107 s 1 cal 5 4.186 J (con base en calora de 15) 1 ft # lb
5 1.356 J 1 Btu 5 1055 J 5 252 cal 5 778 ft # lbngulo 1 eV 5 1.602
3 10219 J1 rad 5 57.30 5 180/p1 kWh 5 3.600 3 106 J1 5 0.01745 rad
5 p/180 rad1 revolucin 5 360 5 2p rad1 rev/min (rpm) 5 0.1047 rad/s
Equivalencia masa-energa 1 kg 4 8.988 3 1016 J 1 u 4 931.5
MeVRapidez1 eV 4 1.074 3 1029 u1 m/s 5 3.281 ft/s1 ft/s 5 0.3048
m/s1 mi/min 5 60 mi/h 5 88 ft/s Potencia1 km/h 5 0.2778 m/s 5
0.6214 mi/h1 W 5 1 J/s1 mi/h 5 1.466 ft/s 5 0.4470 m/s 5 1.609
km/h1 hp 5 746 W 5 550 ft # lb/s1 furlong/14 das 5 1.662 3 1024 m/s
1 Btu/h 5 0.293 W
3. CONSTANTES NUMRICASConstantes fsicas
fundamentales*NombreSmbolo ValorRapidez de la luz c 2.99792458 3
108 m/sMagnitud de carga del electrne 1.60217653(14) 3 10219
CConstante gravitacional G 6.6742(10) 3 10211 N # m2 /kg2Constante
de Planck h 6.6260693(11) 3 10234 J # sConstante de Boltzmannk
1.3806505(24) 3 10223 J/KNmero de AvogadroNA6.0221415(10) 3 1023
molculas/molConstante de los gasesR 8.314472(15) J/mol # KMasa del
electrn me9.1093826(16) 3 10231 kgMasa del protn mp1.67262171(29) 3
10227 kgMasa del neutrnmn1.67492728(29) 3 10227 kgPermeabilidad del
espacio libre m04p 3 1027 Wb/A # mPermitividad del espacio libreP0
5 1/m 0c 2 8.854187817 c 3 10212 C2/N # m21/4pP08.987551787 c 3 109
N # m2 /C2Otras constante tilesEquivalente mecnico del calor4.186
J/cal (15 calora )Presin atmosfrica estndar1 atm 1.01325 3 105
PaCero absoluto 0K2273.15 CElectrn volt 1 eV1.60217653(14) 3 10219
JUnidad de masa atmica1u1.66053886(28) 3 10227 kgEnerga del electrn
en reposomec 2 0.510998918(44) MeVVolumen del gas ideal (0 C y 1
atm)22.413996(39) litros/molAceleracin debida a la gravedadg
9.80665 m/s2(estndar)*Fuente: National Institute of Standards and
Technology (http://physics.nist.gov/cuu). Los nmeros entre
parntesisindican incertidumbre en los dgitos nales del nmero
principal; por ejemplo, el nmero 1.6454(21) signica1.6454 6 0.0021.
Los valores que no indican incertidumbre son exactos.Datos
astronmicos Radio de laPeriodo deCuerpoMasa (kg)Radio (m) rbita (m)
la rbitaSol 1.99 3 10306.96 3 108Luna7.35 3 10221.74 3 1063.84 3
108 27.3 dMercurio3.30 3 10232.44 3 1065.79 3 101088.0 dVenus 4.87
3 10246.05 3 1061.08 3 1011224.7 dTierra5.97 3 10246.38 3 1061.50 3
1011365.3 dMarte 6.42 3 10233.40 3 1062.28 3 1011687.0 dJpiter 1.90
3 10276.91 3 1077.78 3 101111.86 ySaturno 5.68 3 10266.03 3 1071.43
3 101229.45 yUrano 8.68 3 10252.56 3 1072.87 3 101284.02 yNeptuno
1.02 3 10262.48 3 1074.50 3 1012164.8 yPlutn 1.31 3 10221.15 3
1065.91 3 1012247.9 y Fuente: NASA Jet Propulsion Laboratory Solar
System Dynamics Group (http://ssd.jlp.nasa.gov) y P.
KennethSeidelmann, ed., Explanatory Supplement to the Astronomical
Almanac (University Science Books, Mill Valley, CA,1992), pp.
704-706. Para cada cuerpo, radio es el radio en su ecuador y radio
de la rbita es la distancia mediadesde el Sol (en el caso de los
planetas) o desde la Tierra (en el caso de la Luna).En agosto de
2006 la Unin Astronmica Internacional reclasic a Plutn y a otros
pequeos objetos que giranen rbita alrededor del Sol como planetas
enanos.
4. SEARS ZEMANSKY fsicaunIverSitaria
5. ESTRATEGIAS PARA RESOLVER PROBLEMASESTRATEGIA PARA RESOLVER
PROBLEMASPGINA ESTRATEGIA PARA RESOLVER PROBLEMASPGINA1.1Cmo
resolver problemas de fsica311.1 Equilibrio de un cuerpo rgido
3591.2Conversiones de unidades 713.1 Movimiento armnico simple
I:Descripcin del movimiento 4271.3Suma de vectores18 13.2
Movimiento armnico simple II: Energa 4302.1Movimiento con
aceleracin constante51 14.1 Ecuacin de Bernoulli4693.1Movimiento de
proyectil 82 15.1 Ondas mecnicas4943.2Velocidad relativa92 15.2
Ondas estacionarias5105.1Primera ley de Newton: Equilibriode una
partcula13716.1 Intensidad del sonido5385.2Segunda ley de Newton:
Dinmica 16.2 Efecto Doppler 554 de partculas14317.1 Expansin
trmica5786.1Trabajo y energa cintica 18817.2 Problemas de
calorimetra5897.1Problemas donde se utiliza energa17.3 Conduccin de
calor593mecnica I217 18.1 Gas ideal6137.2Problemas utilizando
energa mecnica II 225 18.2 Teora cintica molecular6238.1Conservacin
del momento lineal255 19.1 Primera ley de la
termodinmica6549.1Energa rotacional 299 20.1 Mquinas trmicas67710.1
Dinmica rotacional de cuerpos rgidos 320
6. ACTIVIDADES ACTIVPHYSICS ONLINETMONLINE
www.masteringphysics.com1.1Anlisis del movimiento con
diagramas4.1Magnitud de aceleracin centrpeta 8.1 Caractersticas de
un gas1.2Anlisis del movimiento con grcas4.2Resolucin de problemas
de movimiento8.2 Anlisis conceptual de la distribucin
de1.3Prediccin de un movimiento con base en circular
Maxwell-Boltzmann grcas4.3Carrito que viaja en una trayectoria 8.3
Anlisis cuantitativo de la distribucin de1.4Prediccin de un
movimiento con base en circular Maxwell-Boltzmann ecuaciones
4.4Pelota que se balancea en una cuerda 8.4 Variables de estado y
ley del gas ideal1.5Estrategias para resolver problemas de
4.5Automvil que describe crculos en una 8.5 Trabajo efectuado por
un gas cinemticapista8.6 Calor, energa trmica y primera ley de
la1.6Esquiador en competencia de descenso 4.6Satlites en
rbitatermodinmica1.7Se deja caer limonada desde un globo 5.1Clculos
de trabajo8.7 Capacidad calorca aerosttico5.2Frenado de un elevador
que asciende8.8 Proceso isocrico1.8Los cinturones de seguridad
salvan vidas 5.3Frenado de un elevador que baja8.9 Proceso
isobrico1.9Frenado con derrape5.4Salto inverso con bungee 8.10
Proceso isotrmico1.10 Cada de un saltador con garrocha5.5Bolos con
impulso de resorte 8.11 Proceso adiabtico1.11 Auto arranca y luego
se detiene5.6Rapidez de un esquiador8.12 Proceso cclico:
estrategias1.12 Resolucin de problemas con dos5.7Mquina de Atwood
modicada8.13 Proceso cclico: problemas vehculos6.1Momento lineal y
cambio de energa 8.14 Ciclo de Carnot1.13 Auto alcanza a
camin6.2Choques y elasticidad9.1 Ecuaciones y grcas de posicin1.14
Cmo evitar un choque por atrs6.3Conservacin del momento lineal y9.2
Descripcin del movimiento vibratorio2.1.1Magnitudes de
fuerzachoques9.3 Energa de vibracin2.1.2Paracaidista 6.4Problemas
de choques 9.4 Dos formas de medir la masa del joven2.1.3Cambio de
tensin6.5Choque de autos: dos dimensiones Tarzn2.1.4Deslizamiento
en una rampa 6.6Rescate de un astronauta 9.5 Mono tira a
Tarzn2.1.5Carrera de automviles 6.7Problemas de explosin 9.6
Liberacin de un esquiador que vibra I2.2Levantar una
caja6.8Deslizador y carrito 9.7 Liberacin de un esquiador que vibra
II2.3Bajar una caja 6.9Pndulo que golpea una caja9.8 Sistemas
vibratorios de uno y2.4Despegue de cohete 6.10 Pndulo
persona-proyectil, boliche dos resortes2.5Camin que tira de una
caja7.1Clculo de torcas9.9 Vibrojuego2.6Empujar una caja hacia
arriba contra una 7.2Viga inclinada: torcas y equilibrio9.10
Frecuencia de pndulo pared7.3Brazos de palanca9.11 Arriesgado paseo
con pndulo2.7Esquiador que baja una cuesta7.4Dos pintores en una
viga 9.12 Pndulo fsico2.8Esquiador y cuerda de remolque
7.5Conferencia desde una viga 10.1 Propiedades de las ondas
mecnicas2.9Salto con garrocha 7.6Inercia rotacional 10.2 Rapidez de
las ondas en una cuerda2.10 Camin que tira de dos cajas
7.7Cinemtica rotacional10.3 Rapidez del sonido en un gas2.11 Mquina
de Atwood modicada7.8Rotojuego: Enfoque de dinmica 10.4 Ondas
estacionarias en cuerdas3.1Resolucin de problemas de
movimiento7.9Escalera que cae 10.5 Anacin de un instrumento de
cuerda: de proyectiles 7.10 Mujeres y elevador de volante: enfoque
ondas estacionarias3.2Dos pelotas que caende dinmica10.6 Masa de
una cuerda y ondas3.3Cambio de la velocidad en x7.11 Carrera entre
un bloque y un disco estacionarias3.4Aceleraciones x y y de
proyectiles 7.12 Mujeres y elevador de volante: enfoque 10.7 Pulsos
y frecuencia del pulso3.5Componentes de la velocidad inicial de
energa 10.8 Efecto Doppler: introduccin conceptual3.6Prctica de
tiro al blanco I 7.13 Rotojuego: enfoque de energa10.9 Efecto
Doppler: problemas3.7Prctica de tiro al blanco II7.14 La bola le
pega al bate10.10 Ondas complejas: anlisis de Fourier
7. REVISIN TCNICAMXICOCOSTA RICARicardo Pintle Monroy Diego
Chaverri PoliniRafael Mata Universidad Latina de Costa RicaCarlos
Gutirrez Aranzeta San JosInstituto Politcnico NacionalEscuela
Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica-Zacatenco Juan Meneses
RimolaInstituto Tecnolgico de Costa RicaJos Arturo Tar Ortiz
Peralta CartagoOmar Olmos LpezVctor Bustos Meter Randall Figueroa
MataJos Luis Salazar LaurelesUniversidad HispanoamericanaInstituto
Tecnolgico y de Estudios Superiores de Monterrey San JosCampus
TolucaESPAADaniel Zalapa ZalapaJos M. Zamarro MinguellCentro de
Enseanza Tcnica IndustrialUniversidad de MurciaGuadalajara Campus
del EspinardoMurciaLorena Vega LpezCentro Universitario de Ciencias
Exactas e IngenierasFernando Ribas PrezUniversidad de
GuadalajaraUniversidad de VigoEscola Universitaria de Enxeera
Tcnica IndustrialSergio Flores VigoInstituto de Ingeniera y
TecnologaUniversidad Autnoma de Ciudad Jurez Stefano
ChiussiUniversidad de VigoARGENTINA Escola Tcnica Superior de
Enxeeiros de TelecomunicacinsEma AveleyraVigoUniversidad de Buenos
AiresBuenos AiresMiguel ngel HidalgoUniversidad de Alcal de
HenaresAlerino BeltraminoCampus UniversitarioUTN Regional Buenos
Aires Alcal de HenaresBuenos AiresPERMiguel ngel Altamirano Yuri
Milachay VicenteUTN Regional CrdobaUniversidad Peruana de Ciencias
AplicadasCrdoba LimaCOLOMBIAVENEZUELAFernando Molina FocazzioMario
CaicedoPonticia Universidad Javeriana lvaro RestucciaBogotJorge
StephanyUniversidad Simn BolvarJaime Isaza CeballosCaracasEscuela
Colombiana de IngenieraBogot
8. SEARS ZEMANSKY fsicaunIverSitariaDecimosegunda edicin
volumen 1 HUGH D. YOUNGCARNEGIE MELLON UNIVERSITYROGER A. FREEDMAN
UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SANTA BARBARACON LA COLABORACIN DEA.
LEWIS FORD texas a&m university TRADUCCIN VICTORIA A. FLORES
FLORES traductora profesionalespecialista en el rea de ciencias
REVISIN TCNICA ALBERTO RUBIO PONCEGABRIELA DEL VALLE DAZ MUOZHCTOR
LUNA GARCAJOS ANTONIO EDUARDO ROA NERIdepartamento de ciencias
bsicasuniversidad autnoma metropolitana, unidad azcapotzalco, mxico
Addison-Wesley
9. Datos de catalogacin bibliogrfica YOUNG, HUGH D. y ROGER A.
FREEDMAN Fsica universitaria volumen 1. Decimosegunda edicin
PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2009 ISBN: 978-607-442-288-7 rea: Ciencias
Formato: 21 3 27 cmPginas: 760Authorized adaptation from the
English language edition, entitled University Physics with Modern
Physics 12th ed., (chapters 1-20) by Hugh D. Young,Roger A.
Freedman; contributing author, A. Lewis Ford published by Pearson
Education, Inc., publishing as Addison-Wesley, Copyright 2008.All
rights reserved.ISBN 9780321501219Adaptacin autorizada de la edicin
en idioma ingls, titulada University Physics with Modern Physics 12
ed., (captulos 1-20) de Hugh D. Young,Roger A. Freedman; con la
colaboracin de A. Lewis Ford, publicada por Pearson Education,
Inc., publicada como Addison-Wesley, Copyright 2008.Todos los
derechos reservados.Esta edicin en espaol es la nica
autorizada.Edicin en espaolEditor: Rubn Fuerte Riverae-mail:
[email protected] de desarrollo: Felipe Hernndez
CarrascoSupervisor de produccin: Enrique Trejo HernndezEdicin en
inglsVice President and Editorial Director: Adam Black, Ph.D. Cover
Design: Yvo Riezebos DesignSenior Development Editor: Margot
OtwayManufacturing Manager: Pam AugspurgerEditorial Manager: Laura
KenneyDirector, Image Resource Center: Melinda PatelliAssociate
Editor: Chandrika Madhavan Manager, Rights and Permissions: Zina
ArabiaMedia Producer: Matthew Phillips Photo Research: Cypress
Integrated SystemsDirector of Marketing: Christy LawrenceCover
Printer: Phoenix Color CorporationManaging Editor: Corinne
BensonPrinter and Binder: Courier
Corporation/KendallvilleProduction Supervisor: Nancy Tabor Cover
Image: The Millau Viaduct, designed by Lord Norman
Foster,Production Service: WestWords, Inc. Millau,
France.Illustrations: Rolin GraphicsPhotograph by Jean-Philippe
Arles/Reuters/CorbisText Design: tani hasegawaDECIMOSEGUNDA EDICIN
VERSIN IMPRESA, 2009DECIMOSEGUNDA EDICIN E-BOOK, 2009D.R. 2009 por
Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco No. 500-5 piso
Col. Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico
e-mail: [email protected] Nacional de la
Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031.Addison-Wesley es una
marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de
C.V.Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta
publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por
unsistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por
ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magnticoo
electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso
previo por escrito del editor.El prstamo, alquiler o cualquier otra
forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la
autorizacin del editor o de sus representantes.Impreso en Mxico.
Printed in Mexico.1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 13 12 11 10Addison-Wesleyes
una marca deISBN VERSIN IMPRESA: 978-607-442-288-7
www.pearsoneducacion.net ISBN E-BOOK:
10. CONTENIDO BREVEMecnica Ondas/Acstica 1 Unidades, cantidades
fsicas y vectores 1 15Ondas mecnicas 487 2 Movimiento en lnea
recta36 16Sonido y el odo527 3 Movimiento en dos o en tres
dimensiones71 Termodinmica 4 Leyes del movimiento de Newton107
17Temperatura y calor 570 5 Aplicacin de las leyes de Newton 136
18Propiedades trmicas de la materia610 6 Trabajo y energa
cintica181 19La primera ley de la termodinamica646 7 Energa
potencial y conservacin 20La segunda ley de la termodinmica673 de
la energa 213 8 Momento lineal, impulso y choques 247 APNDICES 9
Rotacin de cuerpos rgidos 285 A El sistema internacional de
unidadesA-110 Dinmica del movimiento rotacional 316B Relaciones
matemticas tiles A-3 C El alfabeto griegoA-411 Equilibrio y
elasticidad354 D Tabla peridica de los elementosA-5 E Factores de
conversin de unidadesA-612 Gravitacin 383 F Constantes
numricasA-713 Movimiento peridico419 Respuestas a los problemas con
nmero impar A-914 Mecnica de fluidos 456
11. SOBRE LOS AUTORESHugh D. Young es profesor emrito de fsica
en Carnegie Mellon University, enPittsburgh, PA. Curs sus estudios
de licenciatura y posgrado en Carnegie Mellon,donde obtuvo su
doctorado en teora de partculas fundamentales bajo la direccinde
Richard Cutkosky, hacia el nal de la carrera acadmica de ste. Se
uni al claus-tro de profesores de Carnegie Mellon en 1956 y tambin
ha sido profesor visitante enla Universidad de California en
Berkeley durante dos aos.La carrera del profesor Young se ha
centrado por completo en la docencia en elnivel de licenciatura. Ha
escrito varios libros de texto para ese nivel y en 1973 se
con-virti en coautor de los bien conocidos libros de introduccin a
la fsica de FrancisSears y Mark Zemansky. A la muerte de stos, el
profesor Young asumi toda laresponsabilidad de las nuevas ediciones
de esos textos, hasta que se le uni el pro-fesor Freedman para
elaborar Fsica Universitaria.El profesor Young practica con
entusiasmo el esqu, el montaismo y la caminata.Tambin ha sido
durante varios aos organista asociado en la Catedral de San
Pablo,en Pittsburgh, ciudad en la que ha ofrecido numerosos
recitales. Durante el veranoviaja con su esposa Alice, en especial
a Europa y a la zona desrtica de los caonesdel sur de Utah.Roger A.
Freedman es profesor en la Universidad de California, en Santa
Brbara(UCSB). El doctor Freedman estudi su licenciatura en los
planteles de San Diego yLos ngeles de la Universidad de California,
y realiz su investigacin doctoral enteora nuclear en la Universidad
de Stanford bajo la direccin del profesor J. DirkWalecka. Lleg a
UCSB en 1981, despus de haber sido durante tres aos profesore
investigador en la Universidad de Washington.En UCSB el doctor
Freedman ha impartido ctedra tanto en el departamento deFsica como
en la Escuela de Estudios Creativos, un organismo de la universidad
queda cabida a los estudiantes con dotes y motivacin para el arte.
Ha publicado artculossobre fsica nuclear, fsica de partculas
elementales y fsica de lseres. En los aosrecientes ha colaborado en
el desarrollo de herramientas de cmputo para la enseanzade la fsica
y la astronoma.Cuando no est en el aula o trabajando afanosamente
ante una computadora, aldoctor Freedman se le ve volando (tiene
licencia de piloto comercial) o manejandocon su esposa Caroline su
automvil convertible Nash Metropolitan, modelo 1960.A. Lewis Ford
es profesor de fsica en Texas A&M University. Curs la
licenciaturaen Rice University en 1968, y obtuvo un doctorado en
fsica qumica de la Universidadde Texas, en Austin, en 1972. Despus
de pasar un ao de posdoctorado en la Univer-sidad de Harvard, se
uni en 1973 a Texas A&M University como profesor de fsica,donde
ha permanecido desde entonces. El rea de investigacin del profesor
Ford esla fsica atmica terica, con especialidad en colisiones
atmicas. En Texas A&MUniversity ha impartido una amplia
variedad de cursos de licenciatura y posgrado,pero sobre todo de
introduccin a la fsica.
12. AL ESTUDIANTECMO TRIUNFAR ENFSICA SI SE INTENTADE
VERDADMark Hollabaugh Normandale Community CollegeLa fsica estudia
lo grande y lo pequeo, lo viejo y lo nue- hbitos de estudio. Quiz
lo ms importante que pueda hacervo. Del tomo a las galaxias, de los
circuitos elctricos a la por usted mismo sea programar de manera
regular el tiempoaerodinmica, la fsica es una gran parte del mundo
que nosadecuado en un ambiente libre de distracciones.rodea. Es
probable que est siguiendo este curso de introduc-cin a la fsica,
basado en el clculo, porque lo requiera paraResponda las siguientes
preguntas para usted mismo:materias posteriores que planee tomar
para su carrera en Soy capaz de utilizar los conceptos matemticos
funda-ciencias o ingeniera. Su profesor quiere que aprenda fsica
mentales del lgebra, geometra y trigonometra? (Si noy goce la
experiencia. l o ella tienen mucho inters en ayu-es as, planee un
programa de repaso con ayuda de sudarlo a aprender esta fascinante
disciplina. sta es parte deprofesor.)la razn por la que su maestro
eligi este libro para el curso. En cursos similares, qu actividad
me ha dado ms pro-Tambin es la razn por la que los doctores Young y
Freedman blemas? (Dedique ms tiempo a eso.) Qu ha sido lome
pidieron que escribiera esta seccin introductoria. Quere- ms fcil
para m? (Haga esto primero; lo ayudar a ga-mos que triunfe! nar
conanza.)El propsito de esta seccin de Fsica universitaria es dar-
Entiendo el material mejor si leo el libro antes o despusle algunas
ideas que lo ayuden en su aprendizaje. Al anlisisde la clase?
(Quizs aprenda mejor si revisa rpido elbreve de los hbitos
generales y las estrategias de estudio, se- material, asiste a
clase y luego lee con ms profundidad.)guirn sugerencias especcas de
cmo utilizar el libro. Dedico el tiempo adecuado a estudiar fsica?
(Una regla prctica para una clase de este tipo es dedicar en
prome-Preparacin para este cursodio 2.5 horas de estudio fuera del
aula por cada hora deSi en el bachillerato estudi fsica, es
probable que aprendaclase en esta. Esto signica que para un curso
con cincolos conceptos ms rpido que quienes no lo hicieron porque
es- horas de clase programadas a la semana, debe destinar detar
familiarizado con el lenguaje de la fsica. De igual modo,10 a 15
horas semanales al estudio de la fsica.)si tiene estudios avanzados
de matemticas comprender con Estudio fsica a diario? (Distribuya
esas 10 a15 horasms rapidez los aspectos matemticos de la fsica.
Aun sia lo largo de toda la semana!) A qu hora estoy en mituviera
un nivel adecuado de matemticas, encontrar tilesmejor momento para
estudiar fsica? (Elija un horariolibros como el de Arnold D.
Pickar, Preparing for Generalespecco del da y resptelo.)Physics:
Math Skill Drills and Other Useful Help (Calculus Trabajo en un
lugar tranquilo en el que pueda mantenerVersion). Es posible que su
profesor asigne tareas de este mi concentracin? (Las distracciones
rompern su rutinarepaso de matemticas como auxilio para su
aprendizaje.y harn que pase por alto puntos importantes.)Aprender a
aprenderTrabajar con otrosCada uno de nosotros tiene un estilo
diferente de aprendizajeEs raro que los cientcos e ingenieros
trabajen aislados unos dey un medio preferido para hacerlo.
Entender cul es el suyo lo otros, y ms bien trabajan en forma
cooperativa. Aprenderayudar a centrarse en los aspectos de la fsica
que tal vez lems fsica y el proceso ser ms ameno si trabaja con
otrosplanteen dicultades y a emplear los componentes del curso
estudiantes. Algunos profesores tal vez formalicen el uso delque lo
ayudarn a vencerlas. Es obvio que querr dedicar ms aprendizaje
cooperativo o faciliten la formacin de grupostiempo a aquellos
aspectos que le impliquen ms problemas. de estudio. Es posible que
desee formar su propio grupo noSi usted aprende escuchando, las
conferencias sern muy im-formal de estudio con miembros de su clase
que vivan en suportantes. Si aprende con explicaciones, entonces
ser devecindario o residencia estudiantil. Si tiene acceso al
correoayuda trabajar con otros estudiantes. Si le resulta difcil
re-electrnico, selo para estar en contacto con los dems. Susolver
problemas, dedique ms tiempo a aprender cmo ha- grupo de estudio
ser un recurso excelente cuando se pre-cerlo. Asimismo, es
importante entender y desarrollar buenos pare para los
exmenes.ix
13. x Cmo triunfar en fsica si se intenta de verdadLas clases y
los apuntes ExmenesUn factor importante de cualquier curso
universitario son lasPresentar un examen es estresante. Pero si se
prepar de ma-clases. Esto es especialmente cierto en fsica, ya que
ser fre- nera adecuada y descans bien, la tensin ser menor.
Lacuente que su profesor haga demostraciones de principios
preparacin para un examen es un proceso continuo; co-fsicos,
ejecute simulaciones de computadora o proyectemienza en el momento
en que termina el ltimo examen.videos. Todas stas son actividades
de aprendizaje que loDebe analizar sus exmenes y comprender los
errores queayudarn a comprender los principios bsicos de la fsica.
haya cometido. Si resolvi un problema y cometi erroresNo falte a
clases, y si lo hace por alguna razn especial, pidaimportantes,
pruebe lo siguiente: tome una hoja de papel ya un amigo o miembro
de su grupo de estudio que le d losdivdala en dos partes con una
lnea de arriba hacia abajo.apuntes y le diga lo que pas. En una
columna escriba la solucin apropiada del problema,En clase, tome
notas rpidas y entre a los detalles despus. y en la otra escriba lo
que hizo y por qu, si es que lo sabe, yEs muy difcil tomar notas
palabra por palabra, de modo quela razn por la que su propuesta de
solucin fue incorrecta.slo escriba las ideas clave. Si su profesor
utiliza un dia- Si no est seguro de por qu cometi el error o de la
formagrama del libro de texto, deje espacio en el cuaderno para de
evitarlo, hable con su profesor. La fsica se construye deste y
agrguelo ms tarde. Despus de clase, complete sus manera continua
sobre ideas fundamentales y es importanteapuntes con la cobertura
de cualquier faltante u omisin y corregir de inmediato cualquiera
malentendido. Cuidado: sianotando los conceptos que necesite
estudiar posteriormen- se prepara en el ltimo minuto para un
examen, no retendrte. Haga referencias por pgina del libro de
texto, nmero deen forma adecuada los conceptos para el
siguiente.ecuacin o de seccin.Asegrese de hacer preguntas en clase,
o vea a su pro-fesor durante sus horas de asesora. Recuerde que la
nicapregunta fuera de lugar es la que no se hace. En su escue-la
quiz haya asistentes de profesor o tutores para ayudarlocon las
dicultades que encuentre.
14. AL PROFESORPREFACIOEste libro es el producto de ms de medio
siglo de liderazgo Problemas mejorados al nal de cada captulo
Reco-e innovacin en la enseanza de la fsica. Cuando en 1949
senocido por contener los problemas ms variados y pro-public la
primera edicin de Fsica universitaria, de Francisbados que existen,
la decimosegunda edicin va msW. Sears y Mark W. Zemansky, su nfasis
en los principios all: ofrece la primera biblioteca de problemas de
f-fundamentales de la fsica y la forma de aplicarlos fue unsica
mejorados de manera sistemtica con base en elaspecto revolucionario
entre los libros de la disciplina cuya desempeo de estudiantes de
toda la nacin. A partir debase era el clculo. El xito del libro
entre generaciones de este anlisis, ms de 800 nuevos problemas se
integran(varios millones) de estudiantes y profesores de todo el
mun- al conjunto de 3700 de toda la biblioteca.do da testimonio del
mrito de este enfoque, y de las muchasinnovaciones posteriores.
MasteringPhysics (www.masteringphysics.com). Lan-Al preparar esta
nueva decimosegunda edicin, hemos zado con la undcima edicin, la
herramienta de Mastering-mejorado y desarrollado an ms Fsica
universitaria asimi- Physics ahora es el sistema de tareas y
enseanza en lnealando las mejores ideas de la investigacin
educativa con ms avanzado del mundo que se haya adoptado y
probadorespecto a la enseanza basada en la resolucin de problemas,
en la educacin de la manera ms amplia. Para la deci-la pedagoga
visual y conceptual; este libro es el primero quemosegunda edicin,
MasteringPhysics incorpora un con-presenta problemas mejorados en
forma sistemtica, y en uti-junto de mejoras tecnolgicas y nuevo
contenido. Ademslizar el sistema de tareas y enseanza en lnea ms
garantizado de una biblioteca de ms de 1200 tutoriales y de todosy
usado del mundo.los problemas de n de captulo, MasteringPhysics
ahoratambin presenta tcnicas especcas para cada Estrategiapara
resolver problemas, as como para las preguntas deLo nuevo en esta
edicinla seccin de Evale su comprensin de cada captulo. Solucin de
problemas El celebrado enfoque de cua-Las respuestas incluyen los
tipos algebraico, numrico y detro pasos para resolver problemas,
basado en la inves-opcin mltiple, as como la clasificacin,
elaboracintigacin (identicar, plantear, ejecutar y evaluar) ahora
de grcas y trazado de vectores y rayos.se usa en cada ejemplo
resuelto, en la seccin de Estra-tegia para resolver problemas de
cada captulo, y en lasCaractersticas clave desoluciones de los
manuales para el profesor y para el es-tudiante. Los ejemplos
resueltos ahora incorporan boce- Fsica universitariatos en blanco y
negro para centrar a los estudiantes en Una gua para el estudiante
Muchos estudiantes de fsicaesta etapa crtica: aquella que, segn las
investigaciones, tienen dicultades tan slo porque no saben cmo usar
sulos estudiantes tienden a saltar si se ilustra con guras libro de
texto. La seccin llamada Cmo triunfar en fsicamuy elaboradas. si se
intenta de verdad. Instrucciones seguidas por prctica Una
trayectoria deOrganizacin de los captulos La primera seccin de
cadaenseanza y aprendizaje directa y sistemtica seguida por captulo
es una introduccin que da ejemplos especcos della prctica, incluye
Metas de aprendizaje al principio de contenido del captulo y lo
conecta con lo visto antes. Tam-cada captulo, as como Resmenes
visuales del captulo bin hay una pregunta de inicio del captulo y
una lista deque consolidan cada concepto con palabras,
matemticasmetas de aprendizaje para hacer que el lector piense en
ely guras. Las preguntas conceptuales ms frecuentes entema del
captulo que tiene por delante. (Para encontrar lala seccin de Evale
su comprensin al nal de cada sec-respuesta a la pregunta, busque el
icono ?) La mayora de lascin ahora usan formatos de opcin mltiple y
de clasi- secciones terminan con una pregunta para que usted
Evalecacin que permiten a los estudiantes la comprobacinsu
comprensin, que es de naturaleza conceptual o cuantita-instantnea
de sus conocimientos. tiva. Al nal de la ltima seccin del captulo
se encuentraun resumen visual del captulo de los principios ms
impor- Poder didctico de las guras El poder que tienen lastantes
que se vieron en ste, as como una lista de trminosguras en la
enseanza fue enriquecido con el empleo declave que hace referencia
al nmero de pgina en que se pre-la tcnica de anotaciones, probada
por las investiga-senta cada trmino. Las respuestas a la pregunta
de inicio delciones (comentarios estilo pizarrn integrados en la
gura,captulo y a las secciones Evale su comprensin se encuen-para
guiar al estudiante en la interpretacin de sta), y portran despus
de los trminos clave.el uso apropiado del color y del detalle (por
ejemplo,en la mecnica se usa el color para centrar al
estudian-Preguntas y problemas Al nal de cada captulo hay unte en
el objeto de inters al tiempo que se mantiene el conjunto de
preguntas de repaso que ponen a prueba y am-resto de la imagen en
una escala de grises sin detalles que plan la comprensin de los
conceptos que haya logrado eldistraigan).estudiante. Despus se
encuentran los ejercicios, que sonxi
15. xiiPrefacioproblemas de un solo concepto dirigidos a
secciones espec-emplea el joule como la unidad estndar de todas las
formascas del libro; los problemas por lo general requieren uno o
de energa, incluida la calorca.dos pasos que no son triviales; y
los problemas de desafobuscan provocar a los estudiantes ms
persistentes. Los pro- Flexibilidad El libro es adaptable a una
amplia variedad deblemas incluyen aplicaciones a campos tan
diversos como la formatos de curso. Hay material suciente para uno
de tres se-astrofsica, la biologa y la aerodinmica. Muchos
problemas mestres o de cinco trimestres. La mayora de los
profesorestienen una parte conceptual en la que los estudiantes
debenencontrarn que es demasiado material para un curso de
unanalizar y explicar sus resultados. Las nuevas preguntas,
ejer-semestre, pero es fcil adaptar el libro a planes de estudio
decicios y problemas de esta edicin fueron creados y organiza-un ao
si se omiten ciertos captulos o secciones. Por ejemplo,dos por
Wayne Anderson (Sacramento City College), Lairdes posible omitir
sin prdida de continuidad cualquiera o to-Kramer (Florida
International University) y Charlie Hibbard. dos los captulos sobre
mecnica de uidos, sonido, ondas electromagnticas o relatividad. En
cualquier caso, ningnEstrategias para resolver problemas y ejemplos
resueltos profesor debiera sentirse obligado a cubrir todo el
libro.Los recuadros de Estrategia para resolver problemas,
distri-buidos en todo el libro, dan a los estudiantes tcticas
especcaspara resolver tipos particulares de problemas. Estn
enfocados Material complementarioen las necesidades de aquellos
estudiantes que sienten que en-para el profesortienden los
conceptos pero no pueden resolver los problemas.Todos los recuadros
de la Estrategia para resolver pro-Los manuales de soluciones para
el profesor, que preparblemas van despus del mtodo IPEE (identicar,
plantear,A. Lewis Ford (Texas A&M University), contienen
solucio-ejecutar y evaluar) para solucionar problemas. Este
enfoquenes completas y detalladas de todos los problemas de
finalayuda a los estudiantes a visualizar cmo empezar con unade
captulo. Todas siguen de manera consistente el mtodo desituacin
compleja parecida, identicar los conceptos fsicosidenticar,
plantear, ejecutar y evaluar usado en el libro. Elrelevantes,
decidir cules herramientas se necesitan para re-Manual de
soluciones para el profesor, para el volumen 1solver el problema,
obtener la solucin y luego evaluar si elcubre los captulos 1 al 20,
y el Manual de soluciones pararesultado tiene sentido. el profesor,
para los volmenes 2 y 3 comprende los cap-Cada recuadro de
Estrategia para resolver problemas va tulos 21 a 44.seguido de uno
o ms ejemplos resueltos que ilustran la es-La plataforma cruzada
Administrador de medios ofrece unatrategia; adems, en cada captulo
se encuentran muchos otrosbiblioteca exhaustiva de ms de 220
applets de ActivPhysicsejemplos resueltos. Al igual que los
recuadros de Estrategia OnLine, as como todas las guras del libro
en formatopara resolver problemas, todos los ejemplos
cuantitativosJPEG. Adems, todas las ecuaciones clave, las
estrategiasutilizan el mtodo IPEE. Varios de ellos son cualitativos
y se para resolver problemas, las tablas y los resmenes de
cap-identican con el nombre de Ejemplos conceptuales; comotulos se
presentan en un formato de Word que permite laejemplo, vea los
ejemplos conceptuales 6.5 (Comparacinedicin. Tambin se incluyen
preguntas de opcin mltiplede energas cinticas, p. 191), 8.1
(Cantidad de movimientosemanales para usarlas con varios Sistemas
de Respuesta enversus energa cintica, p. 251) y 20.7 (Proceso
adiabticoClase (SRC), con base en las preguntas de la seccin
Evalereversible, p. 693). su comprensin en el libro.Prrafos de
Cuidado Dos dcadas de investigaciones enla enseanza de la fsica han
sacado a la luz cierto nmero de MasteringPhysics
(www.masteringphysics.com) es el sis-errores conceptuales comunes
entre los estudiantes de fsica tema de tareas y enseanza de la
fsica ms avanzado y e-principiantes. stos incluyen las ideas de que
se requiere caz y de mayor uso en el mundo. Pone a disposicin de
losfuerza para que haya movimiento, que la corriente
elctricamaestros una biblioteca de problemas enriquecedores de -se
consume a medida que recorre un circuito, y que el pro- nal de
captulo, tutoriales socrticos que incorporan variosducto de la masa
de un objeto por su aceleracin constituyetipos de respuestas,
retroalimentacin sobre los errores, yuna fuerza en s mismo. Los
prrafos de Cuidado alertanayuda adaptable (que comprende
sugerencias o problemasa los lectores sobre stos y otros errores, y
explican por qu ms sencillos, si se solicitan). MasteringPhysics
permiteest equivocada cierta manera de pensar en una situacin que
los profesores elaboren con rapidez una amplia variedad(en la que
tal vez ya haya incurrido el estudiante. Vanse por de tareas con el
grado de dicultad y la duracin apropiadas;ejemplo las pginas 118,
159 y 559.) adems, les da herramientas ecientes para que analicen
las tendencias de la clase o el trabajo de cualquier
estudianteNotacin y unidades Es frecuente que los estudiantes
tengancon un detalle sin precedente y para que comparen los
resul-dicultades con la distincin de cules cantidades son
vecto-tados ya sea con el promedio nacional o con el desempeo deres
y cules no. Para las cantidades vectoriales usamos carac- grupos
anteriores. SteresSen cursivas y negritas con una echa encima, como
v,S^a y F; los vectores unitarios tales como d van testados
conCinco lecciones fciles: estrategias para la enseanza exi-un
acento circunejo. En las ecuaciones con vectores se em-tosa de la
fsica por Randall D. Knight (California Polytechnicplean signos en
negritas, 1, 2, 3 y 5, para hacer nfasis en State University, San
Luis Obispo), expone ideas creativasla distincin entre las
operaciones vectoriales y escalares. acerca de cmo mejorar
cualquier curso de fsica. Es unaSe utilizan exclusivamente unidades
del SI (cuando esherramienta invaluable para los maestros tanto
principiantesapropiado se incluyen las conversiones al sistema
ingls). Secomo veteranos.
16. Prefacio xiiiLas transparencias contienen ms de 200 guras
clave deActivPhysics OnLine (www.masteringphy-Fsica universitaria,
decimosegunda edicin, a todo color.ONLINE sics.com), incluido ahora
en el rea de autoapren- dizaje de MasteringPhysics, brinda la
bibliotecaEl Banco de exmenes incluye ms de 2000 preguntas de ms
completa de applets y tutoriales basados enopcin mltiple, incluye
todas las preguntas del Banco de ex- stos. ActivPhysics OnLine fue
creado por el pionero de lamenes. Ms de la mitad de las preguntas
tienen valores num- educacin Alan Van Heuvelen de Rutgers. A lo
largo dericos que pueden asignarse al azar a cada estudiante. la
decimosegunda edicin de University Physics hay iconos que dirigen
al estudiante hacia applets especcos en Activ-Material
complementarioPhysics OnLine para ayuda interactiva adicional.para
el estudiante Cuadernos de Trabajo de ActivPhysics OnLine,
porMasteringPhysics (www.masteringphysics.com) Alan Van Heuvelen,
Rutgers y Paul dAlessandris, Monroees el sistema de enseanza de la
fsica ms avanzado,Community College, presentan una amplia gama de
guas parausado y probado en el mundo. Es resultado de ochola
enseanza que emplean los applets de gran aceptacin queaos de
estudios detallados acerca de cmo resuelven pro-ayudan a los
estudiantes a desarrollar su comprensin y con-blemas de fsica los
estudiantes reales y de las reas donde anza. En particular, se
centran en el desarrollo de la intui-requieren ayuda. Los estudios
revelan que los alumnos quecin, la elaboracin de pronsticos, la
prueba experimentalrecurren a MasteringPhysics mejoran de manera
signi- de suposiciones, el dibujo de diagramas ecaces, el
entendi-cativa sus calicaciones en los exmenes nales y
pruebasmiento cualitativo y cuantitativo de las ecuaciones clave,
asconceptuales como la del Inventario Force Concept. Mastering-como
en la interpretacin de la informacin grca. EstosPhysics logra esto
por medio de dar a los estudiantes re- cuadernos de trabajo se usan
en laboratorios, tareas o auto-troalimentacin instantnea y especca
sobre sus respuestas estudio.equivocadas, proponer a solicitud de
ellos problemas mssencillos cuando no logran avanzar, y asignar una
calicacinparcial por el mtodo. Este sistema individualizado de
tutoralas 24 horas de los siete das de la semana es recomendadopor
nueve de cada diez alumnos a sus compaeros como elmodo ms ecaz de
aprovechar el tiempo para estudiar.
17. xivPrefacioAgradecimientosPearson Educacin agradece a los
centros de estudios y profesores usuarios de esta obra por su apoyo
y retroalimentacin, ele-mentos fundamentales para esta nueva edicin
de Fsica universitaria.MXICOTECNOLGICO DE ESTUDIOS SUPERIORESDE
ECATEPECINSTITUTO POLITCNICO NACIONALAntonio Silva MartnezESIME
Culhuacn Crispn Ramrez MartnezLuis Daz Hernndez Fidel Castro
LpezMiguel ngel MoralesGuillermo Tenorio EstradaPedro Cervantes
Jess Gonzlez LemusLeticia Vera PrezUPIICSAMara Del Rosario Gonzlez
BaalesAmado F Garca RuizMauricio Javier Zrate SnchezEnrique lvarez
GonzlezOmar Prez RomeroFabiola Martnez ZigaRal Nava
CervantesFrancisco Ramrez TorresUNITEC Campus
EcatepecUPIITAInocencio Medina Olivareslvaro Gordillo SolCsar Luna
MuozJulin Rangel RangelIsrael Reyes RamrezLorenzo Martnez Carrillo
GarznJess Picazo RojasJorge Fonseca CamposUNIVERSIDAD AUTNOMA DE LA
CIUDAD DE MXICOAlberto Garca QuirozINSTITUTO TECNOLGICO Y DE
ESTUDIOS SUPERIORESEdith Mireya Vargas GarcaDE MONTERREYEnrique
Cruz MartnezCampus ChihuahuaGerardo Gonzlez GarcaFrancisco Espinoza
Magaa Gerardo Oseguera PeaSilvia Prieto Vernica Puente VeraVctor
Julin Tapia GarcaCampus Ciudad de MxicoLuis Jaime Neri
VitelaUNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANARosa Mara Gonzlez Castellan
Unidad IztapalapaVctor Francisco Robledo RellaMichael PicquarCampus
Cuernavaca UNIVERSIDAD IBEROAMERICANACrisanto Castillo Distrito
FederalFrancisco Giles Hurtado Abraham Vilchis UribeRal Irena
EstradaAdolfo Genaro Finck PastranaAlfredo Sandoval
VillalbazoCampus Culiacn Anabel Arrieta OstosJuan Bernardo Castaeda
Antonio Gn MoraArturo Bailn MartnezCampus Estado de Mxico Claudia
Camacho ZigaElena Gabriela Cabral Velzquez Crdova Carmen Gonzlez
MesaElisabetta CrescioDomitila Gonzlez PatioFrancisco J. Delgado
Cepeda Elsa Fabiola Vzquez ValenciaMarcela Martha Villegas Garrido
Enrique Snchez y AguileraPedro Anguiano RojasEnrique Tllez
FabianiRal Gmez Castillo Erich Starke FabrisRal Martnez
RosadoEsperanza Rojas OropezaSergio E. Martnez CasasFrancisco
Alejandro Lpez DazGuillermo Aguilar HurtadoCampus Mazatln Guillermo
Chacn AcostaCarlos Mellado OsunaGuillermo Fernndez AnayaEusebio de
Jess Guevara Villegas Gustavo Eduardo Soto de la VegaJaime Lzaro
Klapp EscribanoCampus MonterreyJimena Bravo GuerreroJorge Lomas
TrevioJos Alfredo Heras GmezCampus Puebla Jos Fernando Prez
GodnezAbel Flores Amado Jos Luis Morales HernndezIdali Caldern
SalasJuan Cristbal Crdenas OviedoLorena Arias MontaoCampus
QuertaroMara Alicia Mayela vila MartnezJuan Jos Carracedo Mara de
Jess Orozco ArellanesLzaro Barajas De La TorreMariano Bauer
EphrussiLucio Lpez Cavazos Mario Alberto Rodrguez MezaRafael
Rodrguez DomnguezCampus Santa Fe Rodolfo Fabin Estrada
GuerreroFrancisco Javier HernndezRodrigo Alberto Rincn GmezMartn
Prez Daz Salvador Carrillo MorenoNorma Elizabeth OlveraSilvia
Patricia Ambrocio Cruz
18. Prefacio xvUNIVERSIDAD LA SALLE Fernanda Adriana Camacho
AlansCuernavaca Hortensia Caballero LpezMiguel Pinet Vzquez Israel
Santamara Mata Karla M. Daz GutirrezDistrito Federal M. Eugenia
Ceballos SilvaIsrael Wood Cano M. Josena Becerril Tllez-Girn M.
Pilar Ortega BernalUNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOMara Del
Rayo Salinas VzquezFacultad de Ciencias Marta Rodrguez PrezAgustn
HernndezMauro Cruz MoralesAgustn Prez ContrerasNatalia de la
TorreAda Gutirrez Paola B. Gonzlez AguirreAlberto Snchez Moreno
Praxedis Israel Santamara MataAlejandro Padrnlvaro Gmez Estrada
UNIVERSIDAD PANAMERICANA, MxicoAndrea Luisa AburtoRodolfo Cobos
TllezAntonio PachecoArmando PlumaUNIVERSIDAD AUTNOMA DE
CHIHUAHUAArturo F. RodrguezAntonino PrezBeatriz Eugenia Hernndez
RodrguezCarlos de la VegaCarlos Octavio Olvera Bermdez Eduardo
Bentez ReadEdgar Raymundo Lpez TllezHctor HernndezElba Karen Senz
GarcaJos Mora RuachoEliseo MartnezJuan Carlos Senz
CarrascoElizabeth Aguirre MaldonadoRal Sandoval JabaleraEnrique
Villalobos Ricardo Romero CentenoEspiridin Martnez DazFrancisco
Javier Rodrguez Gmez INSTITUTO TECNOLGICO DE CHIHUAHUAFrancisco
Miguel Prez Ramrez Claudio Gonzlez TolentinoGabriel Jaramillo
MoralesManuel Lpez RodrguezGenaro Muoz HernndezGerardo Ovando
ZigaUNIVERSIDAD AUTNOMA DE CIUDAD JUREZGerardo SolaresSergio
FloresGuadalupe Aguilar Mario BorundaGustavo Contreras
MaynHeriberto Aguilar Jurez INSTITUTO TECNOLGICO DE ZACATEPECJaime
Garca Ruiz Fernando Pona CelnJavier Gutirrez S. Mateo Sixto Cortez
RodrguezJess Vicente Gonzlez Sosa Nelson A Mariaca CrdenasJose
Carlos Rosete lvarez Ramiro Rodrguez SalgadoJuan Carlos Cedeo
VzquezJuan Galindo MuizJuan Manuel Gil PrezINSTITUTO TECNOLGICO DE
QUERTAROJuan Rios HachaAdrin Herrera OlaldeLanzier Efran Torres
OrtizEleazar Garca GarcaLourdes Del Carmen Prez Salazar Joel Arzate
VillanuevaLuis Andrs Surez Hernndez Manuel Francisco Jimnez
MoralesLuis Eugenio Tejeda Calvillo Manuel Snchez MuizLuis Flores
Jurez Marcela Jurez RosLuis Humberto Soriano SnchezMario Alberto
Montante GarzaLuis Javier Acosta BernalMximo Pliego DazLuis Manuel
Len RosanoRal Vargas AlbaM. Alejandra CarmonaM. Del Rosario
Narvarte G. INSTITUTO TECNOLGICO DE MAZATLNMara Del Carmen MeloJess
Ernesto Gurrola PeaMara Josefa LabranderoMartn Brcenas
EscobarUNIVERSIDAD DE OCCIDENTE Unidad CuliacnNanzier Torres Lpez
Luis Antonio Achoy BustamanteOliverio Octavio Ortiz OliveraOscar
Rafael San Romn GutirrezPatricia Goldstein Menache VENEZUELARamn
Santilln RamrezRigel Gmez Leal UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE
LASSalvador VillalobosFUERZAS ARMADAS (UNEFA), MaracaySantiago Gmez
Lpez Johnny MollejaVctor Manuel Snchez Esquivel Jos Gmez Rubn
LenFacultad de Estudios Superiores ZaragozaJavier Ramos Salamanca
UNIVERSIDAD BICENTENARIA DE ARAGUA (UBA), MaracayZula Sandoval
Villanueva Belkys Ramrez Jos PeraltaFacultad de QumicaAlicia
Zarzosa Prez UNIVERSIDAD CATLICA ANDRS BELLO (UCAB), CaracasCarlos
Rins Alonso Jos Marino.Csar Reyes Chvez Oscar RodrguezEmilio Orgaz
Baque Rafael Degugliemo
19. xvi Prefacio Agradecimientos Queremos agradecer a los
cientos de revisores y colegas que han hecho comentarios y
sugerencias valiosos durante la vida de este libro. El continuo
xito de Fsica univer- sitaria se debe en gran medida a sus
contribuciones. Edward Adelson (Ohio State University), Ralph
Alexander (University of Missouri at Rolla), J. G. Anderson, R. S.
Anderson, Wayne Anderson (Sacramento City College), Alex Azima
(Lansing Community College), Dilip Balamore (Nassau Community
College), Harold Bale (University of North Dakota), Arun Bansil
(Northeastern University), John Barach (Vanderbilt University), J.
D. Barnett, H. H. Barschall, Albert Bartlett (University of
Colorado), Paul Baum (CUNY, Queens College), Frederick Becchetti
(University of Michigan), B. Bederson, David Bennum (University of
Nevada, Reno), Lev I. Berger (San Diego State University), Robert
Boeke (William Rainey Harper College), S. Borowitz, A. C. Braden,
James Brooks (Boston University), Nicholas E. Brown (California
Polytechnic State University, San Luis Obispo), Tony Buffa
(California Polytechnic State University, San Luis Obispo), A.
Capecelatro, Michael Cardamone (Pennsylvania State University),
Duane Carmony (Purdue University), Troy Carter (UCLA), P.
Catranides, John Cerne (SUNY at Buffalo), Roger Clapp (University
of South Florida), William M. Cloud (Eastern Illinois University),
Leonard Cohen (Drexel University), W. R. Coker (University of
Texas, Austin), Malcolm D. Cole (University of Missouri at Rolla),
H. Conrad, David Cook (Lawrence University), Gayl Cook (University
of Colorado), Hans Courant (University of Minnesota), Bruce A.
Craver (University of Dayton), Larry Curtis (University of Toledo),
Jai Dahiya (Southeast Missouri State University), Steve Detweiler
(University of Florida), George Dixon (Oklahoma State University),
Donald S. Duncan, Boyd Edwards (West Virginia University), Robert
Eisenstein (Carnegie Mellon University), Amy Emerson Missourn
(Virginia Institute of Technology), William Faissler (Northeastern
Univer- sity), William Fasnacht (U.S. Naval Academy), Paul Feldker
(St. Louis Community College), Carlos Figueroa (Cabrillo College),
L. H. Fisher, Neil Fletcher (Florida State University), Robert
Folk, Peter Fong (Emory University), A. Lewis Ford (Texas A&M
University), D. Frantszog, James R. Gaines (Ohio State University),
Solomon Gartenhaus (Purdue University), Ron Gautreau (New Jersey
Institute of Technology), J. David Gavenda (University of Texas,
Austin), Dennis Gay (University of North Florida), James Gerhart
(University of Washington), N. S. Gingrich, J. L. Glathart, S.
Goodwin, Rich Gottfried (Frederick Community College), Walter S.
Gray (University of Michigan), Paul Gresser (University of
Maryland), Benjamin Grinstein (UC San Diego), Howard Grotch
(Pennsylvania State University), John Gruber (San Jose State
University), Graham D. Gutsche (U.S. Naval Academy), Michael J.
Harrison (Michigan State University), Harold Hart (Western Illinois
University), Howard Hayden (University of Connecticut), Carl
Helrich (Goshen College), Laurent Hodges (Iowa State University),
C. D. Hodgman, Michael Hones (Villanova University), Keith Honey
(West Virginia Institute of Technology), Gregory Hood (Tidewater
Community College), John Hubisz (North Carolina State University),
M. Iona, John Jaszczak (Michigan Technical University), Alvin
Jenkins (North Carolina State University), Robert P. Johnson (UC
Santa Cruz), Lorella Jones (University of Illinois), John Karchek
(GMI Engineering & Management Institute), Thomas Keil
(Worcester Polytechnic Institute), Robert Kraemer (Carnegie Mellon
University), Jean P. Krisch (University of Michigan), Robert A.
Kromhout, Andrew Kunz (Marquette University), Charles Lane (Berry
College), Thomas N. Lawrence (Texas State University), Robert J.
Lee, Alfred Leitner (Rensselaer Polytechnic University), Gerald P.
Lietz (De Paul University), Gordon Lind (Utah State University), S.
Livingston, Elihu Lubkin (University of Wisconsin, Milwaukee),
Robert Luke (Boise State University), David Lynch (Iowa State
Univer- sity), Michael Lysak (San Bernardino Valley College),
Jeffrey Mallow (Loyola University), Robert Mania (Kentucky State
University), Robert Marchina (University of Memphis), David
Markowitz (University of Connecticut), R. J. Maurer, Oren Maxwell
(Florida International University), Joseph L. McCauley (University
of Houston), T. K. McCubbin, Jr. (Pennsylvania State University),
Charles McFarland (University of Missouri at Rolla), James Mcguire
(Tulane University), Lawrence McIntyre (University of Arizona),
Fredric Messing (Carnegie-Mellon University), Thomas Meyer (Texas
A&M University), Andre Mirabelli (St. Peters College, New
Jersey), Herbert Muether (S.U.N.Y., Stony Brook), Jack Munsee
(California State University, Long Beach), Lorenzo Narducci (Drexel
University), Van E. Neie (Purdue University), David A. Nordling (U.
S. Naval Academy), Benedict Oh (Pennsylvania State University), L.
O. Olsen, Jim Pannell (DeVry Institute of Technol- ogy), W. F.
Parks (University of Missouri), Robert Paulson (California State
University, Chico), Jerry Peacher (University of Missouri at
Rolla), Arnold Perlmutter (University of Miami), Lennart Peterson
(University of Florida), R. J. Peterson (University of Colorado,
Boulder), R. Pinkston, Ronald Poling (University of Minnesota), J.
G. Potter, C. W. Price (Millersville University), Francis Prosser
(University of Kansas), Shelden H. Radin, Michael Rapport (Anne
Arundel Community College), R. Resnick, James A. Richards, Jr.,
John S. Risley (North Carolina State University), Francesc Roig
(University of California, Santa Barbara), T. L. Rokoske, Richard
Roth (Eastern Michigan University), Carl Rotter (University of West
Virginia), S. Clark Rowland (Andrews University), Rajarshi Roy
(Georgia Institute of Technology), Russell A. Roy (Santa Fe
Community College), Dhiraj Sardar (University of Texas, San
Antonio), Bruce Schumm (UC Santa Cruz), Melvin Schwartz (St. Johns
University), F. A. Scott, L. W. Seagondollar, Paul Shand
(University of Northern Iowa), Stan Shepherd (Pennsylvania State
University), Douglas Sherman (San Jose State), Bruce Sherwood
(Carnegie Mellon University), Hugh Siefkin (Greenville College),
Tomasz Skwarnicki (Syracuse University), C. P. Slichter, Charles W.
Smith (University of Maine, Orono), Malcolm Smith (University of
Lowell), Ross Spencer (Brigham Young University), Julien Sprott
(University of Wisconsin), Victor Stanionis (Iona College), James
Stith (American Institute of Physics), Chuck Stone (North Carolina
A&T State University), Edward Strother (Florida Institute of
Technology), Conley Stutz (Bradley University), Albert Stwertka
(U.S. Merchant Marine Academy),
20. Prefacio xviiMartin Tiersten (CUNY, City College), David
Toot (Alfred University), Somdev Tyagi (Drexel Uni-versity), F.
Verbrugge, Helmut Vogel (Carnegie Mellon University), Robert Webb
(Texas A & M),Thomas Weber (Iowa State University), M. Russell
Wehr, (Pennsylvania State University), RobertWeidman (Michigan
Technical University), Dan Whalen (UC San Diego), Lester V.
Whitney,Thomas Wiggins (Pennsylvania State University), David
Willey (University of Pittsburgh,Johnstown), George Williams
(University of Utah), John Williams (Auburn University),
StanleyWilliams (Iowa State University), Jack Willis, Suzanne
Willis (Northern Illinois University), RobertWilson (San Bernardino
Valley College), L. Wolfenstein, James Wood (Palm Beach Junior
College),Lowell Wood (University of Houston), R. E. Worley, D. H.
Ziebell (Manatee Community College),George O. Zimmerman (Boston
University)Adems, nos gustara hacer algunos agradecimientos
individuales.Quiero dar gracias de todo corazn a mis colegas de
Carnegie Mellon, en especial alos profesores Robert Kraemer, Bruce
Sherwood, Ruth Chabay, Helmut Vogel yBrian Quinn, por las muchas
conversaciones estimulantes sobre pedagoga de lafsica y su apoyo y
nimo durante la escritura de las ediciones sucesivas de este
libro.Tambin estoy en deuda con las muchas generaciones de
estudiantes de CarnegieMellon que me ayudaron a aprender lo que es
la buena enseanza y la correcta escri-tura, al mostrarme lo que
funciona y lo que no. Siempre es un gusto y un privilegioexpresar
mi gratitud a mi esposa Alice y nuestros hijos Gretchen y Rebecca
por suamor, apoyo y sostn emocional durante la escritura de las
distintas dediciones dellibro. Que todos los hombres y mujeres sean
bendecidos con un amor como el deellos. H.D.Y.Me gustara agradecer
a mis colegas del pasado y el presente en UCSB, incluyendoa Rob
Geller, Carl Gwinn, Al Nash, Elisabeth Nicol y Francesc Roig, por
su apoyosincero y sus abundantes y tiles plticas. Tengo una deuda
de gratitud en especialcon mis primeros maestros Willa Ramsay,
Peter Zimmerman, William Little, AlanSchwettman y Dirk Walecka por
mostrarme qu es una enseanza clara y cautivadorade la fsica, y con
Stuart Johnson por invitarme a ser coautor de Fsica Universitaria
apartir de la novena edicin. Quiero dar gracias en especial al
equipo editorial de Addi-son Wesley y a sus socios: Adam Black por
su visin editorial; Margot Otway por sugran sentido grco y cuidado
en el desarrollo de esta edicin; a Peter Murphy y CarolReitz por la
lectura cuidadosa del manuscrito; a Wayne Anderson, Charlie
Hibbard,Laird Kramer y Larry Stookey por su trabajo en los
problemas de nal de captulo; ya Laura Kenney, Chandrika Madhavan,
Nancy Tabor y Pat McCutcheon por mantenerel ujo editorial y de
produccin. Agradezco a mi padre por su continuo amor y apoyoy por
conservar un espacio abierto en su biblioteca para este libro.
Sobre todo, expresomi gratitud y amor a mi esposa Caroline, a quien
dedico mi contribucin al libro. Hey,Caroline, al n termin la nueva
edicin. Vmonos a volar! R.A.F.Por favor, dganos lo que piensaSon
bienvenidos los comunicados de estudiantes y profesores, en
especial sobreerrores y deciencias que encuentren en esta edicin.
Hemos dedicado mucho tiempoy esfuerzo a la escritura del mejor
libro que hemos podido escribir, y esperamos quele ayude a ensear y
aprender fsica. A la vez, usted nos puede ayudar si nos hacesaber
qu es lo que necesita mejorarse Por favor, sintase en libertad para
ponerseen contacto con nosotros por va electrnica o por correo
ordinario. Sus comentariossern muy apreciados. Octubre de 2006 Hugh
D. YoungRoger A. Freedman Departamento de Fsica Departamento de
Fsica Carnegie Mellon University University of California, Santa
Barbara Pittsburgh, PA 15213 Santa Barbara, CA 93106-9530
[email protected][email protected]://www.physics.ucsb.edu/~airboy/
21. CONTENIDO4.5 Tercera ley de Newton123MECNICA4.6 Diagramas
de cuerpo libre126Resumen/Trminos clave 129Preguntas para
anlisis/Ejercicios 1 UNIDADES, CANTIDADES FSICAS Y
VECTORES1Problemas 1.1 1.2 La naturaleza de la fsica Cmo resolver
problemas en fsica 2 25 APLICACIN DE LAS LEYESDE NEWTON136 1.3
Estndares y unidades 4 1.4 Consistencia y conversiones de unidades
65.1 Empleo de la primera ley de Newton: 1.5 Incertidumbre y cifras
signicativas8Partculas en equilibrio 136 1.6 Estimaciones y rdenes
de magnitud 105.2 Empleo de la segunda ley de Newton: 1.7 Vectores
y suma de vectores11Dinmica de partculas 142 1.8 Componentes de
vectores155.3 Fuerzas de friccin149 1.9 Vectores unitarios 205.4
Dinmica del movimiento circular 1581.10 Producto de vectores 21
*5.5 Fuerzas fundamentales de la naturaleza 163 Resumen/Trminos
clave 27Resumen/Trminos clave 165 Preguntas para anlisis/Ejercicios
Preguntas para anlisis/Ejercicios ProblemasProblemas 2 MOVIMIENTO
EN6 TRABAJO Y ENERGA LNEA RECTA36CINTICA 181 2.1 Desplazamiento,
tiempo y 6.1 Trabajo182 velocidad media376.2 Energa cintica y el
teorema 2.2 Velocidad instantnea39trabajo-energa186 2.3 Aceleracin
media e instantnea436.3 Trabajo y energa con fuerza variable192 2.4
Movimiento con aceleracin constante 476.4 Potencia 199 2.5 Cuerpos
en cada libre 53Resumen/Trminos clave 202*2.6 Velocidad y posicin
por integracin 57Preguntas para anlisis/Ejercicios Resumen/Trminos
clave 60Problemas Preguntas para anlisis/Ejercicios Problemas7
ENERGA POTENCIAL YCONSERVACIN DE LA 3 MOVIMIENTO EN DOS O EN TRES
DIMENSIONES717.1ENERGAEnerga potencial gravitacional 213 214 3.1
Vectores de posicin y velocidad 727.2 Energa potencial elstica 222
3.2 El vector de aceleracin 747.3 Fuerzas conservativas y no
conservativas 228 3.3 Movimiento de proyectiles797.4 Fuerza y
energa potencial 232 3.4 Movimiento en un crculo 877.5 Diagramas de
energa 235 3.5 Velocidad relativa 91Resumen/Trminos clave 237
Resumen/Trminos clave 96Preguntas para anlisis/Ejercicios Preguntas
para anlisis/Ejercicios Problemas Problemas 4 LEYES DEL MOVIMIENTO
8 MOMENTO LINEAL, IMPULSOY CHOQUES247 DE NEWTON 1078.1 Momento
lineal e impulso 247 4.1 Fuerza e interacciones1088.2 Conservacin
del momento lineal253 4.2 Primera ley de Newton 1118.3 Conservacin
del momento lineal 4.3 Segunda ley de Newton 115y choques257 4.4
Masa y peso 1208.4 Choques elsticos262
22. Contenidoxix 8.5 Centro de masa266 12.3Energa potencial
gravitacional390*8.6 Propulsin a reaccin 270 12.4Movimiento de
satlites393 Resumen/Trminos clave273 12.5Las leyes de Kepler y el
movimiento Preguntas para anlisis/Ejerciciosde los planetas396
Problemas *12.6 Distribuciones esfricas de masa 400 *12.7 Peso
aparente y rotacin terrestre 40312.8 Agujeros negros405 9 ROTACIN
DE CUERPOS Resumen/Trminos clave 410 RGIDOS 285 Preguntas para
anlisis/Ejercicios Problemas 9.1 Velocidad y aceleracin angulares
285 9.2 Rotacin con aceleracin 9.3 angular constante Relacin entre
cinemtica lineal 290 13MOVIMIENTO PERIDICO 419 y angular 293
13.1Descripcin de la oscilacin 419 9.4 Energa en el movimiento
rotacional 296 13.2Movimiento armnico simple 421 9.5 Teorema de los
ejes paralelos 301 13.3Energa en el movimiento*9.6 Clculos de
momento de inercia303 armnico simple428 Resumen/Trminos clave306
13.4Aplicaciones del movimiento Preguntas para
anlisis/Ejerciciosarmnico simple432 Problemas 13.5El pndulo
simple436 13.6El pndulo fsico438 13.7Oscilaciones amortiguadas440
13.8Oscilaciones forzadas y resonancia 44210 DINMICA DEL MOVIMIENTO
ROTACIONAL316 Resumen/Trminos clave 445 Preguntas para
anlisis/Ejercicios10.1 Torca 316 Problemas10.2 Torca y aceleracin
angular de un cuerpo rgido 31910.3 Rotacin de un cuerpo rgido sobre
un eje mvil323 14MECNICA DE FLUIDOS45610.4 Trabajo y potencia en
movimiento 14.1 Densidad 456 rotacional32914.2 Presin en un
uido45810.5 Momento angular 33114.3 Flotacin46310.6 Conservacin del
momento angular33314.4 Flujo de uido 46610.7 Girscopos y
precesin33714.5 Ecuacin de Bernoulli468 Resumen/Trminos clave341
*14.6 Viscosidad y turbulencia 472 Preguntas para
anlisis/EjerciciosResumen/Trminos clave 476 Problemas Preguntas
para anlisis/Ejercicios Problemas11 EQUILIBRIO Y ELASTICIDAD35411.1
Condiciones del equilibrio355 ONDAS/ACSTICA11.2 Centro de
gravedad35511.3 Resolucin de problemas de equilibrio 15ONDAS
MECNICAS487 de cuerpos rgidos358 15.1Tipos de ondas mecnicas
48811.4 Esfuerzo, deformacin y mdulos 15.2Ondas peridicas 489 de
elasticidad363 15.3Descripcin matemtica de una onda 49211.5
Elasticidad y plasticidad 368 15.4Rapidez de una onda
transversal498 Resumen/Trminos clave370 15.5Energa del movimiento
ondulatorio 502 Preguntas para anlisis/Ejercicios 15.6Interferencia
de ondas, condiciones Problemas de frontera y superposicin505
15.7Ondas estacionarias en una cuerda50712 GRAVITACIN 383 15.8Modos
normales de una cuerda Resumen/Trminos clave51151612.1 Ley de
Newton de la gravitacin 383 Preguntas para anlisis/Ejercicios12.2
Peso388 Problemas
23. xxContenido16 SONIDO Y EL ODO527 19 LA PRIMERA LEY DE
LATERMODINMICA646 16.1Ondas sonoras 52719.1Sistemas
termodinmicos646 16.2Rapidez de las ondas sonoras53219.2Trabajo
realizado al cambiar 16.3Intensidad del sonido 537el volumen 647
16.4Ondas sonoras estacionarias y19.3Trayectoria entre estados
modos normales541termodinmicos 650 16.5Resonancia54619.4Energa
interna y la primera ley 16.6Interferencia de ondas548de la
termodinmica651 16.7Pulsos55019.5Tipos de procesos termodinmicos
656 16.8El efecto Doppler 55219.6Energa interna de un gas
ideal658*16.9Ondas de choque 55819.7Capacidad calorca del gas
ideal659 Resumen/Trminos clave56119.8Proceso adiabtico para el gas
ideal 662 Preguntas para anlisis/Ejercicios Resumen/Trminos clave
665 ProblemasPreguntas para anlisis/EjerciciosProblemasTERMODINMICA
20 LA SEGUNDA LEY DE LATERMODINMICA67317 TEMPERATURA Y CALOR
57020.1Direccin de los procesos termodinmicos 673 17.1Temperatura y
equilibrio trmico57120.2Mquinas trmicas675 17.2Termmetros y escalas
de temperatura57220.3Motores de combustin interna678 17.3Termmetros
de gas y la escala Kelvin 57420.4Refrigeradores 680 17.4Expansin
trmica 57620.5La segunda ley de la termodinmica 682 17.5Cantidad de
calor 58220.6El ciclo de Carnot 684 17.6Calorimetra y cambios de
fase58620.7Entropa 690 17.7Mecanismos de transferencia de calor591
*20.8Interpretacin microscpica de la entropa 697 Resumen/Trminos
clave598Resumen/Trminos clave 700 Preguntas para anlisis/Ejercicios
Preguntas para anlisis/Ejercicios ProblemasProblemas18 PROPIEDADES
TRMICAS DE LA MATERIA 610 Apndices A-1 18.1Ecuaciones de estado611
Respuestas a los problemas con nmero impar A-9 18.2Propiedades
moleculares Crditos de fotografas C-1 de la materia 617 18.3Modelo
cintico-molecular ndice I-1 del gas ideal 619 18.4Capacidades
calorcas626*18.5Rapideces moleculares 629 18.6Fases de la materia
631 Resumen/Trminos clave635 Preguntas para anlisis/Ejercicios
Problemas